ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ «РОСТЕХНОЛОГИИ» ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ШВАБЕ» Р14-006 Маш РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЛАЗЕРНОГО ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОМОДУЛЯЦИОННОГО МИКРОСКОПА И СОЗДАНИЕ НА ЕГО ОСНОВЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОИНФОРМАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ С НАНОМЕТРОВОЙ ТОЧНОСТЬЮ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Авторский коллектив: Ракович Николай Степанович – заместитель генерального директора по НИОКР и инновационному развитию ОАО «ШВАБЕ», руководитель работы Максин Сергей Валерьевич – генеральный директор ОАО «ПО «УОМЗ», кандидат экономических наук Андреев Александр Геннадьевич – директор Государственного инжинирингового центра ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», кандидат технических наук Григорьев Сергей Николаевич – ректор ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», доктор технических наук, профессор. Телешевский Владимир Ильич – профессор кафедры «Измерительные информационные системы и технологии» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», доктор технических наук, профессор Индукаев Константин Васильевич – директор по науке ООО «Лаборатории АМФОРА» Кольнер Лев Семенович – главный конструктор ООО «Лаборатории АМФОРА» Осипов Павел Альбертович - генеральный директор ООО «Лаборатории АМФОРА» Каширин Александр Иванович – управляющий директор по стратегии – начальник департамента стратегического управления и инновационного развития ГК «Ростехнологии», кандидат экономических наук Сергеев Игорь Константинович – доцент кафедры «Медико-технические информационные технологии» МГТУ им. Н.Э.Баумана, кандидат технических наук, доцент Разработан способ модуляционной интерференционной микроскопии (МИМ) с разрешением до 0,1 нм по вертикали (ось Z) и до 10 нм в плоскости XY Трёхмерный 10 1 – лазер, рельеф 2 –светоделитель, 3 –поворотное зеркало, 4 – объектив объектного плеча, 5 – исследуемый объект, 6 – объектив опорного плеча, 7 – опорное зеркало, 8 – фазовый пьезоэлектрический модулятор, 9 – система управления фазовым сдвигом интерференционных изображений 10, 10 – семейство последовательно детектируемых интерферограмм, 11 – многоэлементная фотоэлектрическая матрица. 3 11 Компьютерное восстановление фазового портрета объекта ( ) × cos(j + Dj ) × cos(j + Dj ) ' I ik' = I объекта + I опоры + 2 I объекта × I опоры × cos j + Djмод I = I объекта + I опоры + 2 I объекта × I опоры '' ik I ik''' = I объекта + I опоры + 2 I объекта × I опоры 1 2 8 6 Ф(t) 9 4 7 5 Y X '' мод ''' мод Способ МИМ базируется на оптической схеме интерферометра Линника с фазовой модуляцией Ф(t) в опорном плече и формированием семейства интерферограмм по разработанному авторами алгоритму адаптивного сканирования рельефа поверхности объекта. В результате компьютерной обработки семейства интерферограмм восстанавливается пространственный рельеф поверхности в пределах пятна диаметром D≤12 мкм при максимальном соотношении сигнал/шум для каждой точки поля зрения. Способ получения фазового портрета структуры поверхности защищён патентами: RU 2181498 С1 от 15.01.2001, US Patent No. 10/466,351 от 14.07.2003, European Patent No. 01922153.0-2217 от 23.01.2001, WO2012148309 от 01.11.2012, RU 2463552, 10.10.2012 Разработанная технология МИМ позволяет визуализировать микро- и нанорельеф объекта с локализацией анизотропии и измерением показателя преломления. Изображения дифракционной решетки 3600 штр/мм в микроскопах: МИМ в современной микроскопии атомно-силовом по способу МИМ 2 По оценкам экспертов РОСНАНО микроскоп МИМ по разрешающей способности является лучшим в мире оптическим микроскопом. ИЗМЕРИТЕЛЬНО - ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ С НАНОМЕТРОВОЙ ТОЧНОСТЬЮ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Характеристики микроскопа МИМ: Поле зрения, мкм ………………………..7-150 Разрешение по вертикали, нм……. 0,1 Разрешение в плоскости XY, нм..…100 – 10 Скорость съемки, кадр/сек………..…3 МИМ-340 Производитель, модель Параметры, свойства Тип микроскопа Поверхностное разрешение (X,Y) Вертик. разрешение (Z) Трехмерный рельеф Время получения снимка Живые объекты в динамике Окружающая среда Неразрушающее воздействие Бесконтактность Длина волны света Чувствительность к оптическим материальным параметрам Розничная цена (средняя оценка) Характеристики координатного стола: Длина хода (X - Y - Z), мм……........ 300x300x100 Точность позиционирования, нм…………….. 10 Повторяемость, нм…………………….……………....10 Непрямолинейность перемещения, нм…….. 40 Скорость перемещения, мм/с..…………….…... 10 Грузоподъемность, кг…………………………….….. 15 Конкурентная область измерительно-информационного комплекса на мировом рынке УОМЗ (Россия) МИМ-340 Цейсс Германия Аксиотрон Цейсс Германия LSM510 ZYGO NewView 6200 США Диджитал инструмент США Aurora2 JEOL Япония JSH6360 Диджитал инструмент США Dimention 3000 Сравнение C3M Solver SNOM, НТ МДТ характеристик Электронный сканирующий. Атомносиловой Сканирующий ближнепольный оптический 3 нм 5 нм Нет 30 мин Нет Вакуум Нет Да Электр луч 1 нм 0,1 нм Да 40 мин Нет Воздух Частично Нет Нет излучен 50 - 100 нм Нет Не указ. Нет Воздух Частично Частично Не указ. На уровне Превышает Превышает Превышает Превышает На уровне Превышает На уровне На уровне До 10 нм 0,1 нм Да 0,3 сек Да Воздух Да Да 532 нм 150 нм 250 нм Нет 0,1 мин Нет Воздух Частично Да 248 нм 160 нм 50 нм Да 30 мин Да Воздух Да Да 430-640 нм 360 нм 0,1 нм Да 5 сек Нет Воздух Да Да 550 нм Оптический зондовый ближнего поля 100 нм Не обьявл. Нет 30 мин Нет Воздух Да Да 430-640 нм Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Превышает $ 150 000 € 350 000 € 400000 $ 250 000 $ 250 000 $ 750 000 $ 170 000 $ 75 000 На уровне Лазерный интерферометри Ультрафиолет ческий Лазерный конфокал Интерферометр белого света Научно-технический задел защищен 19 патентами, действующими на территории России и стран – конкурентов Соответствие метрологических характеристик комплекса подтверждено сертификатом № РОСС. RU. И750.НЖ02.000050, выданным АНО «Наносертифика» по результатам испытаний проведенных в МЦ «РОСНАНО». Соответствие производства ОАО «ПО «УОМЗ» на выпуск нанотехнологичной продукции подтверждено сертификатом № РОСС. RU. И750.НЖ03.К00002 Разработаны технологии и оборудование для серийного производства высокоточных оригинальных деталей и узлов комплекса, в том числе многокоординатные ультрапрецизионные станки с ЧПУ : Разработана оригинальная конструкция длинноходового стола с ходами X=300 мм, Y=300 мм, Z=100 мм с отклонениями от прямолинейности перемещений не более 40 нм на всей длине хода и полной 3D-автокомпенсацией влияния колебания давления сжатого воздуха в аэростатических опорах. В конструкции комплекса не возникает перераспределений реакций опор, что исключает линейные и угловые погрешности положения при перемещении элементов конструкции в любом из 3-х взаимно перпендикулярных направлениях и обеспечивает смещение объектива относительно объекта на величину не более 1 нм при различных вибрационных воздействиях. Разработан алгоритм управления электроприводами, обеспечивающий безвибрационное перемещение масс с демпфированием продольных колебаний двигателями в движении и при остановке. Тем самым обеспечиваются высокоточные измерения в любой точке поверхности площадью 300X300 мм2 Основные узлы микроскопа МИМ-340 3D-модель компоновки микроскопа МИМ-340 Патенты: «Линейное позиционирующее устройство» RU 109846 от 27.10.2011, RU 130356 от 20.07.2013, RU 112394 от 10.01.2012 WO2012177175 от 27.12.2012 Патенты: «Угловая пневматическая опора» RU 109244 от 10.10.2011, RU 130017 от 10.07.2013, WO2012158065 от 2.11.2012 Патенты: «Аэростатическое устройство для позиционирования инструмента относительно объекта» RU 109845 от 27.10.2011, RU 108131 от 10.09.2011 WO2012148310 от 01.11.2012 Модель А-500 для обработки оптических деталей методом алмазного точения Модель Ф-300 для шлифования и алмазного точения оптических деталей Модель К-200 Для обработки хрупких материалов методом шлифования Измерительно - информационный комплекс с лазерным МИМ - микроскопом и длинноходовым координатным столом Комплекс предназначен для измерения больших поверхностей объектов (до 300х300 мм): вейферов, фотолитографических масок, оптических поверхностей и т.д. ØМикроскоп с выдающимся латеральным разрешением: 10-100 нм – лучшее среди оптических микроскопов ØВремя получения полного 1280х1024 пикс. Кадра - 0,3 сек. Ø3D-профилометр с вертикальным сверхразрешением: 0,1 нм ØВозможность визуализации оптически анизотропных областей микроструктуры размером менее 100 нм ØВозможность регистрации нанодинамики и записи «нанокино» ØФокусировка с дискретностью 0,25 нм ØИзмерительно - информационного комплекс обеспечивает плоскостность и прямолинейность перемещений (в пределах до 40 нм), превосходя характеристики существующих координатно-измерительных машин в 5-6 раз Области применения (полупроводниковая, оптическая промышленность и материаловедение) Примеры МИМ-изображений микро- и нанообъектов Ø Дефектоскопия интегральных схем, находящихся под слоем SiO2, с разрешением 0,1 нм по вертикали и 10-100 нм в плоскости объекта 3s=50 нм. Ø Технологический контроль шероховатости Ra до 0,16 нм Ø Контроль толщины и качества покрытий, в т.ч. поляризующих Ø Контроль качества дифракционных решеток, зеркал лазеров и Тонкопленочный лазерных гироскопов. Ступенька высотой 3,5 нм транзистор (TFT) Ø Контроль толщины оптических покрытий от 2 нм до 1 мкм Ø Исследование оптических свойств наноструктур материалов (кристаллитов и межкристаллитных зон) Ø Исследование физических свойств нанообъектов ( показатель преломления, анизотропия, фазовый состав, механические След тяжелого напряжения) Ø Исследование динамических характеристик пьезокерамических и иона на полупроводниковой подложке магнитострикционных материалов Поверхность DVD диска Измерительно - информационный комплекс с лазерным МИМ-микроскопом и длинноходовым координатным столом Области применения (биология и медицина) Визуализация клеток крови МИМ позволяет выявить патологии эритроцитов: в норме Экспресс анализ количества нормальных и патологических форм эритроцитов – новый инструмент в гематологии Активация T- лимфоцитов MIM 3D image с патологией MIM 3D image Высокий потенциал применения МИМ в трансплантологии иммунологии и фармакологии Морфология опухолевых клеток Fluorescent microscope image MIM image 20 mm 20 mm Новые методы скрининга лекарственных препаратов Исследование клеток в реальном времени: Фазовая морфология клеток и органелл Изменения в морфологии клетки под действием противоопухолевых препаратов Визуализация вирусов и их структур Сверхвысокое разрешение МИМ позволяет визуализировать РНК структуры в вирусах Модель вируса AH3N2 (гриппа) МИМ-изображение вируса